Maîtriser l'atténuation des interférences PCB : guide professionnel pour assurer la conformité CEM

Avec le développement constant des technologies de l'information, les produits électroniques deviennent de plus en plus complexes en termes de fonctions, catégories et structures, poussant la conception PCB vers le multicouche et la haute densité. Par conséquent, une grande attention doit être portée à la CEM (Compatibilité Électromagnétique) de la conception PCB, car la conception CEM du PCB assure non seulement le fonctionnement normal et stable de tous les circuits sur la carte pour qu'ils ne s'interfèrent pas mutuellement, mais réduit également efficacement le rayonnement et les émissions conduites du PCB afin d'empêcher les circuits d'être interférés par des rayonnements et conductions externes. L'interférence est l'ennemi principal de la CEM. Mais, ingénieurs, vous pouvez cesser de vous inquiéter à partir de cet article.

Classification des interférences PCB

Les interférences PCB peuvent être classées en trois catégories :

1. Interférence de disposition : interférence causée par un placement inadapté des composants sur le PCB.
2. Interférence d'empilement : interférence de bruit causée par un paramétrage non scientifique.
3. Interférence de routage : interférence causée par un réglage inadapté de la distance entre les lignes de signal, d'alimentation et de masse du PCB, la largeur de ligne ou une méthode de routage PCB non scientifique.

En termes de classification des interférences PCB, des mesures de suppression correspondantes peuvent être prises respectivement du point de vue des règles de disposition, de la stratégie d'empilement et des règles de routage, avec pour résultat de réduire, voire d'éliminer, l'influence résultant des interférences PCB afin d'assurer la compatibilité avec les normes de conception CEM.

Mesures de suppression correspondantes pour les interférences PCB selon leur classification

Mesures de suppression pour l'interférence de disposition

La clé pour stopper l'interférence de disposition réside dans une disposition PCB raisonnable qui doit respecter les six règles suivantes :

1. La position du circuit de chaque module fonctionnel doit être raisonnablement définie selon l'emplacement du courant de signal et leurs directions de flux doivent être maintenues identiques autant que possible.
2. Le composant central dans le circuit du module doit être placé au centre et les pistes doivent être raccourcies autant que possible entre les composants, en particulier les composants haute fréquence.
3. L'intégration entre les éléments thermosensibles et les puces doit être réalisée loin des éléments chauffants.
4. La position du connecteur doit être déterminée conformément aux positions des composants sur la carte. Les connecteurs doivent être placés d'un seul côté du PCB afin d'empêcher les câbles d'être sortis des deux côtés et de réduire le rayonnement du courant de mode commun (CM).
5. Le driver I/O doit être placé au plus près du connecteur afin d'éviter le routage sur longue distance des signaux I/O sur la carte.
6. Les éléments thermosensibles ne doivent pas être placés trop près les uns des autres et les composants d'entrée et de sortie doivent être éloignés d'eux également.

Mesures de suppression pour l'interférence d'empilement

Premièrement, les informations de conception PCB doivent être maîtrisées avec des éléments complets considérés, incluant la densité de lignes de signal, la classification de l'alimentation et de la masse, afin de déterminer l'alimentation et le nombre de couches qui assurent la mise en œuvre de la fonction du circuit. La qualité de la stratégie d'empilement est essentiellement corrélée avec la tension transitoire du plan de masse ou du plan d'alimentation et le blindage électromagnétique de l'alimentation et des signaux. Basé sur l'expérience pratique de conception d'empilement, la conception d'empilement doit respecter les règles suivantes :

1. Le plan de masse et le plan d'alimentation doivent être adjacents l'un à l'autre et la distance entre eux doit être aussi petite que possible.
2. Le plan de signal doit être étroitement adjacent au plan de masse ou au plan d'alimentation. Qu'il s'agisse d'une seule couche ou de plusieurs couches, cela convient.

Dans le processus de conception de PCB simple ou double couche, les lignes d'alimentation et les lignes de signal doivent être soigneusement conçues. Afin de réduire la surface de boucle du courant d'alimentation, les lignes de masse et les lignes d'alimentation doivent être étroitement adjacentes et maintenir un parallélisme mutuel. Pour les PCB simple couche, des lignes de mise à la terre de protection doivent être disposées des deux côtés des lignes de signal importantes. D'une part, cela vise à réduire la surface de boucle des signaux. D'autre part, le diaxtalk peut être évité entre les lignes de signal.

Pour les PCB double couche, des lignes de mise à la terre de protection peuvent également être définies ou une mise à la terre sur grande surface est mise en œuvre sur le plan image des signaux significatifs. Bien que la fabrication et le débogage d'assemblage de PCB soient simples et pratiques, il n'est pas acceptable de simuler directement des PCB complexes tels que les circuits numériques et les circuits analogico-numériques car le rayonnement augmentera avec l'augmentation de la surface de boucle sans plan de référence.

Les PCB multicouches sont suggérés si le coût le permet. Trois règles doivent être suivies dans le processus de conception de PCB multicouches :

1. Pour les lignes de signal significatives, telles que les lignes de bus ou d'horloge avec un fort rayonnement et les lignes à haute sensibilité, le routage doit être implémenté entre deux plans de masse ou sur le plan de signal étroitement adjacent au plan de masse, ce qui est bénéfique pour réduire la surface de boucle du signal, l'intensité du rayonnement et renforcer l'anti-interférence.
2. Le rayonnement de bord doit être assuré sous un contrôle efficace. Par rapport au plan de masse adjacent, le plan d'alimentation doit être réduit intérieurement de 5 à 20H (H fait référence à l'épaisseur diélectrique).
3. Si des lignes de signal haute fréquence existent entre la couche inférieure et la couche supérieure, elles doivent être disposées entre la couche supérieure et le plan de masse afin d'interdire le rayonnement des lignes de signal haute fréquence vers l'espace.

Mesures de suppression pour l'interférence de routage

Afin d'interdire les interférences, les règles suivantes doivent être respectées en termes de routage :

1. Les pistes à la borne de sortie et à la borne d'entrée doivent éviter d'être parallèles sur une longue distance. Le diaxtalk parallèle peut être diminué en ajoutant des lignes de masse ou en augmentant la distance entre les lignes.
2. La largeur de routage ne peut jamais être changée brusquement. Le coin doit être arrondi ou avec un angle de 135°.
3. Le rayonnement externe de la boucle porteuse de courant augmente (diminue) avec l'augmentation (diminution) de la surface de boucle, du courant et de la fréquence du signal, il est donc nécessaire de réduire la surface de boucle de la piste lorsque le courant circule.
4. La longueur de la piste doit être réduite tandis que la largeur doit être augmentée afin de diminuer l'impédance des pistes.
5. Pour minimiser le couplage de bruit et le diaxtalk entre les lignes adjacentes, veuillez effectuer un traitement d'isolation entre les lignes pour assurer l'isolation du routage.
6. Une isolation de dérivation pour signal clé doit être définie et les signaux clés sont protégés par des circuits de protection.

De plus, lors du routage des lignes de signal, d'alimentation et de masse, veuillez suivre les règles de routage conformément à leurs propres caractéristiques et fonctions :

a. Lignes de masse communes : doivent être disposées au bord du PCB avec un motif en maille ou en boucle ; les lignes de masse doivent être aussi épaisses que possible et plus de cuivre doit être appliqué afin de renforcer l'effet de blindage ; la masse analogique doit être isolée de la masse numérique et une connexion parallèle en point unique doit être appliquée dans la masse analogique de basse fréquence. Une connexion en série multipoint doit être appliquée dans la masse haute fréquence. Dans le routage pratique, la connexion en série peut être combinée avec la connexion en parallèle.

b. Lignes d'alimentation : la largeur doit être augmentée autant que possible et la résistance de boucle réduite afin d'assurer la synchronisation entre la direction des lignes de masse et d'alimentation et celle de la transmission de données. Pour les PCB multicouches, la distance entre les lignes d'alimentation et le plan de masse ou le plan d'alimentation doit être réduite. L'alimentation doit être fournie à chaque unité fonctionnelle indépendamment et les circuits alimentés par une alimentation commune doivent être proches et compatibles entre eux.

c. Lignes de signal : doivent être aussi courtes que possible afin d'assurer la réduction du chemin de couplage des signaux d'interférence. Les lignes de signal d'horloge et les lignes de signal sensibles doivent être routées en premier, viennent ensuite les lignes de signal haute vitesse et enfin les lignes de signal insignifiantes. Si les lignes de signal ne sont pas compatibles entre elles, un traitement d'isolation doit être mis en œuvre pour arrêter la génération de couplage d'interférence. Le routage de signal clé ne doit pas dépasser la zone de séparation ou même l'espace de plan de référence causé par le plot et le via traversant. Sinon, la surface de boucle du signal sera augmentée. Par ailleurs, afin d'interdire le rayonnement de bord, la distance entre les lignes de signal clés et le plan de référence ne peut pas être inférieure à 3H (H fait référence à la hauteur entre les lignes de signal clés et le plan de référence).

La seule chose que nous ayons à craindre est la peur elle-même. Pour les ingénieurs électroniques, dans le processus de conception PCB, les interférences vous déçoivent peut-être toujours. Cependant, tant que nous savons d'où proviennent les interférences et que nous prenons des mesures efficaces, les interférences seront définitivement réduites avec la performance du PCB pleinement réalisée.

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